【正文】 第五篇：竹炭研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（模版）竹炭研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)俞 佳 燕（浙江臨安 311300）摘要：本文主要講述了竹炭的起源，竹炭在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，竹炭炭化工藝和物理化學(xué)性質(zhì)，竹炭的用途，同時(shí)結(jié)合竹炭產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的多樣性所涉及到食品行業(yè)，提出要人們慎食竹炭食品，根據(jù)竹炭的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了竹炭的發(fā)展趨勢(shì)和幾點(diǎn)建議。關(guān)鍵詞：竹炭、炭化工藝、竹炭用途、發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)竹炭（BC）是竹材高溫?zé)峤獾墓腆w產(chǎn)物，空隙發(fā)達(dá)，比表面積大，具有很強(qiáng)的吸附能力，以及良好的導(dǎo)電性能。作為機(jī)能性的環(huán)境保護(hù)材料，竹炭由于其獨(dú)特的性質(zhì)和產(chǎn)品的高附加值，越來(lái)越受到人們的重視，成為竹材研究領(lǐng)域的一個(gè)新熱點(diǎn)［12］。在大氣污染和水污染的治理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。它的出現(xiàn)不僅為竹材產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了一個(gè)新的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也為環(huán)境保護(hù)提供了一種新型材料[3]，同時(shí)人們也逐漸意識(shí)到了竹炭在環(huán)境、保健、醫(yī)藥、高技術(shù)等領(lǐng)域有著潛在和廣泛的應(yīng)用前景[4]。在中國(guó)，炭有著悠久的歷史。而使用炭，那更是與生俱來(lái)的。大概從雷電點(diǎn)燃原始森林使自然形成的木炭橫空出世那一刻起，我們的先民們便開(kāi)始想用炭帶給人們的種種環(huán)保和健康的生活。在兩千多年前，中國(guó)在炭材料的使用上創(chuàng)造了世界奇跡。馬王堆木炭的應(yīng)用就是中國(guó)古代使用木炭杰作之一。中國(guó)的先民們就已經(jīng)知道炭的防腐作用。在1972年3月，湖南長(zhǎng)沙東郊，中國(guó)考古學(xué)家發(fā)掘了馬王堆一號(hào)漢古墓時(shí)，墓葬兩千多年的軟侯夫人的肌膚狀態(tài)仍如同剛剛死去。考古學(xué)家究其原因，是因?yàn)槟乖岙?dāng)時(shí)人們?cè)诠啄局邪卜帕巳f(wàn)斤木炭。正是用于這些木炭，軟侯夫人的尸體外形完整，全身柔軟光滑，皮膚呈淡黃色狀，肌肉和皮膚有彈性，各關(guān)節(jié)可自由彎曲。無(wú)獨(dú)有偶，在日本的古墓中也發(fā)現(xiàn)了使用炭保存遺體的辦法，那些遺骨和木乃伊的狀態(tài)十分理想。雖然津輕承公的完整的木乃伊狀態(tài)只有死后一千年的歷史，但也證實(shí)了酷愛(ài)研究科技的日本人在墓中放置了大量木炭的成效。竹炭這種新型環(huán)保產(chǎn)品幾年前首先在東南亞地區(qū)興起，逐步風(fēng)靡日本、韓國(guó)、臺(tái)灣、新加坡。竹炭產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)是在2003年“非典”以后逐步進(jìn)入市場(chǎng)的。目前，國(guó)際市場(chǎng)對(duì)環(huán)保產(chǎn)品需求量較大。中國(guó)是竹的故鄉(xiāng)。以竹炭為原料制作的產(chǎn)品有100多種。由于竹炭產(chǎn)品的價(jià)格較高，其銷(xiāo)售處于“墻內(nèi)開(kāi)花墻外紅”階段，但隨著人們環(huán)保意識(shí)的普遍提高，竹炭這一新型環(huán)保產(chǎn)品進(jìn)入尋常百姓家是指日可待。我們對(duì)竹炭的功效還有些陌生，但在日本、韓國(guó)等地城市居民將竹炭用于日常生活已經(jīng)有十來(lái)年的歷史了。目前世界上竹炭的消費(fèi)主要在日本、韓國(guó)、新加坡、臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)，這些市場(chǎng)對(duì)竹炭的需求基本穩(wěn)定。在那里，人們已經(jīng)很習(xí)慣將竹炭列為生活日用品之一，他們特別認(rèn)可竹炭的環(huán)保和保健功能，所以，竹炭店到處都是，頗受大家的歡迎。我國(guó)竹炭的生產(chǎn)主要集中在浙江、福建和江西等地，目前的生產(chǎn)廠(chǎng)家有幾十家，但大都是近23年發(fā)展起來(lái)的，一般是采用采購(gòu)原炭，自己生產(chǎn)各種制品。只有2030%的廠(chǎng)家是10多年前生產(chǎn)木炭的企業(yè)改變產(chǎn)品而來(lái)，他們大都具有自己的炭窯，其中一小部分廠(chǎng)家具有竹炭纖維的技術(shù)。竹炭制品的研究在國(guó)外主要是日本和韓國(guó)，主要研究關(guān)于竹材炭化過(guò)程、竹炭、竹醋液和竹活性炭的制造和利用。日本竹炭和竹醋協(xié)會(huì)名譽(yù)會(huì)長(zhǎng)、京都大學(xué)木質(zhì)科學(xué)研究所科學(xué)家野村隆哉是這方面的專(zhuān)家。他認(rèn)為，由于工業(yè)文明對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞等全球性環(huán)境問(wèn)題日益突出，天然素材在炭化后所產(chǎn)生的碳結(jié)構(gòu)的物理和化學(xué)功能正在受到高度重視。如竹炭的固體表面的物理性質(zhì)、竹炭的固有振動(dòng)產(chǎn)生的微弱電磁波與人體的共鳴現(xiàn)象、竹炭的半導(dǎo)體功能和屏蔽電磁波功能及負(fù)離子效應(yīng)等，竹醋對(duì)過(guò)敏性皮炎和糖尿病等疾病的療效、促進(jìn)毛發(fā)生長(zhǎng)作用、對(duì)植物的生理活性功能等。野村隆哉主張對(duì)這些物理和化學(xué)機(jī)理進(jìn)行研究，并且積極地為它們開(kāi)拓用途。日本中村和善提出可用低溫干餾炭作脫臭、調(diào)濕的功能材料以及用竹炭粉作電磁波屏蔽的材料。浦銀治認(rèn)為竹炭對(duì)CO:的吸附性能高，不腐爛、保水、透水、保肥性好，可作土壤改良劑使用。佐久間對(duì)竹炭的熱水冷卻試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加了竹炭的熱水不容易變涼，認(rèn)為如果把竹炭加在洗澡水中，即使是自來(lái)水，也可獲得類(lèi)似溫泉那樣的滿(mǎn)足感。千葉大學(xué)的研究成果表明，竹醋的主要成分是醋酸，從中可分離出10種酚衍生物，對(duì)于如白粉病等某些植物病害也有抵抗作用。由日本農(nóng)山漁村文化協(xié)會(huì)出版的《竹炭和竹醋液的制造方法與用途》一書(shū)全面地論述了日本目前關(guān)于竹炭和竹醋的研究和應(yīng)用情況。作者池島庸元說(shuō)，竹炭和竹醋今后在環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面可望發(fā)揮新的作用[6]。在韓國(guó)國(guó)內(nèi)，有人在做飯時(shí)，將竹炭包在紗布內(nèi)放入飯中，煮出的飯味兒更[5]香；泡澡的水里放上一點(diǎn)竹炭，全身倍感融融暖意。韓國(guó)許多工廠(chǎng)生產(chǎn)的健康枕頭，用的就是竹炭。多孔性竹炭不僅可以蓄留植物根部所需水分，還可以改善土壤的透氣性和排水性，為植物的微生物提供良好的生存空間。因此在園林綠化中，盆栽土里摻進(jìn)豆粒大小的竹炭，能為植物提供健康的生長(zhǎng)環(huán)境。對(duì)庭院樹(shù)木，則增強(qiáng)了抗病蟲(chóng)害的能力。一些裝飾性竹炭，猶如吸水石，放于相宜的盆里，本色、自然，春秋筆法赫然在焉。這樣的裝飾可去臭去濕，放在電視機(jī)或其它家電用品周?chē)?，還可起到防電磁波作用。竹炭作為一種全新的健康環(huán)保時(shí)尚產(chǎn)品，不僅在新加坡的軍工、醫(yī)藥等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，更多的是在生活消費(fèi)領(lǐng)域的應(yīng)用，它以其獨(dú)特的健康保健作用被大多數(shù)消費(fèi)者所接受，成為一種健康消費(fèi)時(shí)尚。目前在新加坡市場(chǎng)上有 12 大系列 100 多個(gè)品種。如床上用品系列、汽車(chē)坐墊系列、鞋墊系列、美膚品系列、廚用品系列、工藝品系列、炭布系列、竹醋液等。哥倫比亞對(duì)于竹炭速干布料的研制，已成功生產(chǎn)出竹碳內(nèi)衣。它的保暖，是因?yàn)槭褂玫牟牧鲜羌{米級(jí)的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)纖維，能吸收外界與人體的體溫，達(dá)到蓄熱保溫的功能，工研院檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，竹炭紗的調(diào)節(jié)溫度效果為一般棉制品的一倍。竹炭?jī)?nèi)衣中竹炭紗還能有促進(jìn)血液循環(huán)，塑身保健減肥，紡織研究所研究發(fā)現(xiàn)，竹炭服飾可以提高人體淺層微血管內(nèi)的血液流量約30%，有效降低疾病的風(fēng)險(xiǎn)。而血液循環(huán)好，又有助于皮下多于脂肪的代謝，避免脂肪囤積或血管阻塞[7]。關(guān)于竹炭和竹醋液的研究是近幾年剛剛興起的新的研究領(lǐng)域，由于竹子的分布特性所決定，使對(duì)竹炭的研究具有很強(qiáng)的區(qū)域性。國(guó)內(nèi)對(duì)竹炭的生產(chǎn)和研究主要集中在浙江、江西、福建一帶。在竹炭的機(jī)能性機(jī)理的研究方面，張齊生院士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組對(duì)竹炭的構(gòu)造、機(jī)能以及對(duì)飲用水的凈化做了比較詳細(xì)的研究[89]。另外，許多科研單位的研究人員對(duì)竹炭的生產(chǎn)和應(yīng)用方面做了大量的研究。葉良明教授等主要針對(duì)竹炭的燒制進(jìn)行研究 [1011]；還有其它學(xué)者對(duì)竹炭的含水率、揮發(fā)成分、竹醋液的成分等指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)[12]。此外，還可利用竹炭開(kāi)發(fā)醫(yī)藥保健品。如將竹炭粉與助劑混合裝入衣服、織物、枕頭、帽子、墊子和寵物用具等物品制成保健品，它具有清凈空氣作用、按摩作用、除臭作用、紅外線(xiàn)作用、調(diào)溫調(diào)濕作用、抗菌和殺蟲(chóng)的作用。在醫(yī)藥上利用竹醋液作防菌殺菌劑和治療皮膚病等醫(yī)藥原料，提取甲醇和醋酸等作化工原料，其他還有染料媒染劑、動(dòng)物除臭劑、農(nóng)藥添加劑、發(fā)根促進(jìn)劑、土壤改良劑、動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)劑等。中國(guó)的竹炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景寬闊。生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)主要集中在江浙沿海一帶，僅浙江省為例。在五、六年時(shí)間內(nèi)，浙江的竹炭生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，比較有名的企業(yè)主要集中在遂昌、衢江、安吉、寧波和慶元等地，年產(chǎn)量達(dá)3000t以上，產(chǎn)值達(dá)30004000萬(wàn)元，竹炭品種開(kāi)發(fā)也不斷深入，目前已開(kāi)發(fā)出建筑、環(huán)保、保健、工藝、化妝等6大類(lèi)100多個(gè)品種的竹炭產(chǎn)品，浙江省已成為竹炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要生產(chǎn)與貿(mào)易基地，并且成為山區(qū)林業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新亮點(diǎn)[13]。 炭用材一般選用4年以上竹齡和竹材加工剩余物。因竹材從基部到梢部，其密度、腔壁結(jié)構(gòu)、組成物質(zhì)都有一定的差異，同時(shí)竹材的材性又受竹齡、立地條件、氣候環(huán)境的影響。竹材中含大量糖類(lèi)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，易發(fā)生霉蛀。因此，要選擇竹齡、大小、立地條件相近的竹材一起裝窯，注意竹材的保管、窯中竹材的松緊度等問(wèn)題。熱解工藝條件決定了竹炭的品質(zhì)，可結(jié)合窯體的實(shí)際情況，準(zhǔn)確控制窯溫，尤其是精煉溫度，它是竹炭品質(zhì)的重要指標(biāo)，不同的用途采用不同的燒制工藝曲線(xiàn)。竹材的熱分解是在溫度稍高于100℃時(shí)開(kāi)始的，在150℃以下，竹材受熱分解速度很慢，隨著溫度的升高，竹材受熱分解速度顯著加快；溫度上升到約270℃以上時(shí)，分解反應(yīng)劇烈進(jìn)行。溫度達(dá)500℃時(shí)，分解反應(yīng)基本結(jié)束。與木材一樣，竹材的熱分解過(guò)程，包括四個(gè)階段：加熱溫度為100150℃之間，竹材分解的速度緩慢，主要是竹材組織中的吸著水受熱蒸發(fā)逸散，但竹材的化學(xué)組成，沒(méi)有明顯變化；但隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，竹材中的戊聚糖含量是可能降低，竹材的物理力學(xué)性質(zhì)有所改變。加熱溫度為150270℃，竹材受熱分解速度加快，其中的化學(xué)組成發(fā)生明顯的分解反應(yīng)，比較不穩(wěn)定的組份如半纖維素受熱分解生成COCO、H2O和少量的乙酸等物質(zhì)。上述兩個(gè)熱分解階段，需要外界供給熱量，亦即竹材的吸熱分解階段。加熱溫度升高至270450℃，竹材熱分解反應(yīng)劇烈，伴隨產(chǎn)生大量的熱分解產(chǎn)物，生成的氣體中，CO2和CO的量逐漸減少，而碳?xì)浠衔锶缂淄椤⒁蚁?、烯烴類(lèi)及各種活性高能的氫自由基和羥基，則逐漸增多；生成的液體主要有乙酸、甲醇、丙酮和木焦油。這一階段放出大量的反應(yīng)熱，稱(chēng)為放熱反應(yīng)階段；而放熱反應(yīng)溫度隨加熱速度而異。溫度繼續(xù)升高到450℃以上時(shí)，生成的液體產(chǎn)物已經(jīng)很少，這個(gè)階段借助外部的熱量，除去殘留在木炭中的揮發(fā)物質(zhì)，及木炭的煅燒。以上四個(gè)階段，沒(méi)有明顯的界限，甚至同一試件的外表和內(nèi)部，都可能同時(shí)處于不同的熱分解階段。經(jīng)冷卻出窯的竹炭，因竹炭的吸水性強(qiáng)，如果儲(chǔ)存環(huán)境潮濕，空氣混濁，竹炭大量吸水、吸味，這無(wú)疑會(huì)影響產(chǎn)品的功效。所以應(yīng)選擇空氣干燥清潔的倉(cāng)庫(kù)，并根據(jù)出窯日期、精煉度的不同分類(lèi)堆放。根據(jù)質(zhì)量要求依次分批進(jìn)行加工，在加工前應(yīng)先抽檢其精煉度，然后根據(jù)精煉度的不同分類(lèi)加工成片炭、筒炭。規(guī)格尺寸應(yīng)嚴(yán)格按照客戶(hù)的要求加工，片炭、筒炭不應(yīng)有裂縫、缺角等，并把粉塵擦干凈。作為顆粒炭和粉炭除按客戶(hù)規(guī)定的規(guī)格加工外，應(yīng)特別注意雜質(zhì)（泥沙等）問(wèn)題，否則將嚴(yán)重影響產(chǎn)品信譽(yù)[14]。竹炭同竹材外觀(guān)上相比，纖維素束外鞘變得致密，纖維素細(xì)胞腔中一些揮發(fā)物質(zhì)減少。竹炭主要是由碳、氫、氧等元素組成，呈六角形，質(zhì)地堅(jiān)硬，細(xì)密多孔。炭化后的竹材仍然基本上保持密實(shí)狀態(tài)[15]，外表面仍然保留著竹材表皮粗糙不平的顆粒狀態(tài)，繼承了竹材的多孔狀和各向異性構(gòu)造特征，但是竹材基本組織細(xì)胞的細(xì)胞壁間隙消失，細(xì)胞壁變薄[16]。竹炭組織中的礦物是木炭的5倍[17]，1cm3竹炭的表面積可達(dá)350m2，～3倍，若進(jìn)一步活化成竹活性炭，則其比表面積可達(dá)1000m2以上[18]。竹炭的吸附能力是木炭的10倍以上。木炭的PH值隨著炭化溫度的增加從酸到堿性變化，但是竹炭的PH值不管炭化溫度怎么變化都能保持堿性，并且竹炭的灰份和鉀含量好象和PH值有關(guān)。在吸濕解析的高溫區(qū)域，竹炭的調(diào)濕能力比木炭強(qiáng)。竹炭片炭含水率5%～8%，顆粒炭含水率14%～18%；固定碳含量85%～88%；灰分含量（鉀、鈣）2%～4%；比表面積300～600m1；揮發(fā)分6%～8%；干碳熱值30000～33000kJ/kg；PH值8～9；～[19]。(1)燃料:由于竹炭系各種竹材炭化而成，安全性受到信賴(lài)，作為燒烤，野炊的燃料，清潔而有情趣，加上目前對(duì)其他薪炭材的砍伐限制，作為燃料的竹炭前景看好。(2)竹活性炭:竹炭經(jīng)水蒸氣法活化處理后具有均勻的細(xì)孔狀結(jié)構(gòu)，比表面積從50om2/g增加到90om2/g，其竹活性炭的得率為68%，具有和椰子殼活性炭同等以上的比表面積和吸附率。(3)住宅環(huán)境材料:大理石，花崗巖，磁磚類(lèi)建材，表面容易結(jié)露，而三夾板類(lèi)又容易霉?fàn)€蟲(chóng)蛀。用竹炭裝填地面和墻壁，由于竹炭對(duì)空氣中水分的吸濕和解吸調(diào)節(jié)，加上竹炭的負(fù)離子作用，能保持住宅內(nèi)部環(huán)境舒適宜人，心神安定。也茶館以此來(lái)吸引顧客。(4)水質(zhì)處理:不僅用來(lái)處理自來(lái)水，還用來(lái)處理污水，河道，漁場(chǎng)，是竹炭浴和摻有用自然物治理環(huán)境的極好例子[20]。(5)健康和美容上的應(yīng)用:用竹炭制作枕頭，有利于睡眠竹炭的美容霜具有特殊的皮膚護(hù)理功效[21]。在一些超市、賣(mài)場(chǎng)中，一系列用竹炭加工出來(lái)的食品進(jìn)入了人們的視線(xiàn)，有竹炭花生、竹炭金納豆、竹炭面條、竹炭面包、竹炭酒等，由于商家標(biāo)榜該類(lèi)食品具有吸附人體內(nèi)有害物質(zhì)，凈化血液中毒素的功效，引起了不少消費(fèi)者的興趣。有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，炭可以吸附微小顆粒，在中醫(yī)上從古至今有很多的應(yīng)用，但是竹炭在中醫(yī)領(lǐng)域卻鮮用于臨床。根據(jù)竹炭食品的宣傳，竹炭可以吸附人體內(nèi)有害物質(zhì)，凈化血液中的毒素，還有助于人體消化排泄，清潔腸道，具有排毒養(yǎng)顏之功效。其在理論上是成立的，但在實(shí)踐中將竹炭粉添加進(jìn)食品中就具備種種保健功效，并沒(méi)有相關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作為依據(jù)。有關(guān)資料顯示：目前尚沒(méi)有任何關(guān)于食用竹炭粉對(duì)人體有益的報(bào)告（包括動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的報(bào)告），活性炭多用于空氣和水的凈化，其食用功能尚未明確。竹子雖然是天然的植物，竹筍也是中國(guó)料理的重要佳肴，但竹材在高溫炭化過(guò)程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生許多復(fù)雜化合物，其中焦油就是一種致癌物，必須再精制后才能將焦油除去，若將不當(dāng)加工后的竹炭或竹醋液直接拿來(lái)食用是非常危險(xiǎn)的行為。另外，竹炭在加熱分解時(shí)所產(chǎn)生的甲醇亦有毒性。食用竹炭后，細(xì)微顆粒很可能吸入肺里，吸附在肺葉上，而且它吸附性極強(qiáng)，吃下去后很難排出體外，容易形成“塵肺”。有鑒于此，專(zhuān)家認(rèn)為不要輕信所謂竹炭食品的神奇療效，選用食品，要看其本質(zhì)，不要被表象迷惑，對(duì)于食用竹炭食品應(yīng)采用謹(jǐn)慎的態(tài)度[22]。日本京都大學(xué)的野村隆哉進(jìn)行過(guò)竹炭燒制的前處理研究。他對(duì)炭材進(jìn)行煙熏前處理后發(fā)現(xiàn) ,經(jīng)過(guò)煙熏前處理的炭材燒制的竹炭質(zhì)量好；根據(jù)竹炭的不同功用，可以通過(guò)控制炭化溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)目的；對(duì)炭化的工藝和設(shè)備的研究方面，主要集中于土窯、簡(jiǎn)易爐和連續(xù)式干餾爐；研究竹炭的機(jī)能性及利用竹炭機(jī)能性開(kāi)發(fā)新型材料，比如開(kāi)發(fā)凈水和空氣凈化炭以及制作內(nèi)含竹炭粉的枕頭、帽子、墊子等生活用品和農(nóng)林業(yè)的應(yīng)用研究；目前，竹炭研究還存在不少薄弱方面，比如：竹炭屏蔽電磁波的能力；燒制溫度與竹炭的比表面積及電阻率之間的變化規(guī)律；竹炭產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線(xiàn)的能力及其遠(yuǎn)紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)；竹炭?jī)艋諝夂驼{(diào)節(jié)空氣濕度的機(jī)理和規(guī)律等。為了使竹炭及其制品能走進(jìn)千